Экологические основы освоения минеральных ресурсов Земли Компетенции

Экологические основы освоения минеральных ресурсов Земли

Компетенции: – готовностью использовать научные законы и методы при оценке состояния окружающей среды в сфере функционирования производств по эксплуатационной разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации подземных объектов (ПК-3); – готовностью демонстрировать навыки разработки планов мероприятий по снижению техногенной нагрузки производства на окружающую среду при эксплуатационной разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации подземных объектов (ПК-11); – владением законодательными основами недропользования и обеспечения безопасности работ при добыче, переработке полезных ископаемых, строительстве и эксплуатации подземных сооружений (ПК-16);

профессионально-специализированные компетенции (ПСК): «Подземная разработка пластовых месторождений» (специализация № 1): – способностью разрабатывать комплексные мероприятия по охране окружающей среды и повышению экологической безопасности горного производства при подземной разработке пластовых месторождений полезных ископаемых (ПСК-1 -6). «Открытые горные работы» (специализация № 3): – способностью проектировать природоохранную деятельность (ПСК-3 -1)

Горная экология – наука, изучающая взаимодействие горного производства с окружающей средой, создающая научную и инженерную основу обеспечения экологической безопасности по отношению к биосфере, при освоении недр Земли.

Главной задачей горной экологии является сохранение естественной биоты экосистемы за счет применения технологий добычи полезных ископаемых, позволяющих не превышать динамическое равновесие между живыми и неживыми компонентами, связанных между собой обменом вещества и энергии.

Горная экология связана с такими областями, как: Горнопромышленная экология, геоэкология Природопользование, экология, экономика, горное право Геотехнология, обогащения п. и. ,

Живое вещество планеты и его биохимические функции Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. Термин введён В. И. Вернадским.

Биосфера Земли имеет сложную структуру и состав. Структурно она подразделяется на три геологические сферы: атмосферу (воздушную), гидросферу (водную) и литосферу (твердую оболочку – верхнюю часть земной коры). Живое вещество – четвертая компонента биосферы – объединяет три оболочки, «цементируя» и превращая их в единую систему – биосферу – живую оболочку Земли.

В состав биосферы входят различные вещества: Живое вещество – все ныне живущие организмы; Косное вещество – магматические, осадочные, метаморфизированные горные породы – вещества неживой природы; Биогенное вещество – уголь, нефть, сланцы, торф, известняки – в основе образования которого лежит бывшее живое вещество (живые организмы прошлых эпох);

Биокосное вещество – почвы – продукт длительного взаимодействия живого вещества с косным веществом и факторами неживой природы; Космическое вещество – оседающая на поверхность Земли космическая пыль (до 10 тонн ежегодно); Радиоактивное вещество.

Основные функции живого вещества: Энергетическая: все наземные организмы – дети «Солнца» , но только зеленые растения способны поглощать световую энергию Солнца и трансформировать ее в энергию химических связей простых сахаров (глюкоза, фруктоза), передавая ее затем по пищевой цепи другим организмам, выстраивая цепочку: растение → травоядное животное → хищное животное → организмы-разрушители мертвой органики (грибы, микроорганизмы)

С энергетической функцией тесно связана газовая функция живого вещества – зеленые растения в результате фотосинтеза образуют кислород, обогащая им атмосферу и гидросферу. Все живые организмы в процессе дыхания поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а в процессе гниения после отмирания – разнообразные газы: аммиак, метан, сероводород и другие.

В зависимости от того, о каких газах идет речь, выделяется несколько газовых функций 1. Кислородно-диоксидуглеродная – создание основной массы свободного кислорода на планете. Носителем данной функции является каждый зеленый организм. Выделение кислорода идет только при солнечном свете.

2. Диоксидуглеродная, не зависимая от кислородной – образование биогенной угольной кислоты как следствие дыхания животных, грибов и бактерий. Значение функции возрастает в области подземной тропосферы, не имеющей кислорода.

3. Озонная и пероксидводородная – образование озона (и, возможно, пероксида водорода). Биогенный кислород, переходя в озон, предохраняет жизнь от разрушительного действия радиации Солнца. Выполнение этой функции вызвало образование защитного озонового экрана.

4. Азотная – создание основной массы свободного азота тропосферы за счет выделения его азотовыделяющими бактериями при разложении органического вещества. Реакция происходит в условиях как суши, так и океана.

5. Углеводородная – осуществление превращений многих биогенных газов, роль которых в биосфере огромна. К их числу относятся, например, природный газ, терпены, содержащиеся в эфирных маслах, скипидаре и обусловливающие аромат цветов, запах хвойных.

Концентрационная функция: живые организмы в процессе жизни накапливают в своих телах различные элементы. В теле млекопитающих и человека в настоящее время найдено около 80 элементов таблицы Д. И. Менделеева. В первую очередь это углерод, кислород и водород, которые входят в состав всех молекул, строящих живые организмы, кальций (у всех скелетных организмов), кремний (особенно у диатомовых водорослей), железо (у всех организмов), марганец, фософор, сера и некоторые другие макроэлементы (их концентрация в организме не менее 10 -2 % от массы тела).

Остальные элементы, такие как цинк, медь, кобальт, йод, бром и многие другие не превышают уровень 10 -3 – 10 -12 %. Это микроэлементы, их называют «элементами жизни» , так как даже в небольших , малых количествах они играют чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности организмов. Они входят в состав не только белков, жиров, углеводов, но и являются важнейшими компонентами витаминов, ферментов, гормонов, пигментов, играют важнейшую роль в процессах роста, размножения, обмена веществ, возбуждения и торможения, и при их отсутствии или недостатке организмы погибают.

Известны явления специфического концентрирования микроэлементов, так растения табака концентрируют кадмий, диатомовые – кремний, асцидии – ванадий и т. д. В исследованиях на морских водорослях было показано, что некоторые виды концентрируют сразу несколько элементов.

Деструктивная функция В биосфере существуют организмы, которых называют «санитарами Земли» . Это деструкторы – организмы, разлагающие мертвую органику и освобождающие поверхность Земли от трупов животных и растений, редуценты. Это грибы и бактерии. Роль их, также как и растений, планетарная – одни создают органику, другие ее разрушают, доводя до простых веществ (вода, аммиак, метан, сероводород, углекислый газ) и элементов, которые вовлекаются вновь в круговороты, поглощаясь корнями растений.

Транспортная или биохимическая функция выражается в размножении, росте и перемещении живых организмов по поверхности планеты на малые и большие расстояния, благодаря чему живое вещество как бы растекается по Земле, занимая новые территории, заполняя живой массой все уголки планеты. Миграции животных и птиц, передвижение их в почвах и водной толще, с одного континента на другой, стаи перелетных птиц, тучи саранчи – это все примеры транспортной функции живого вещества. При этом надо учитывать постоянное возрастание биомассы в процессе размножения и роста организмов – биохимическая функция.

Важнейшая функция живого вещества на Земле – биогеохимическая. Только благодаря живым организмам осуществляются круговороты всех химических элементов и веществ, находящихся в биосфере. Так, например, полное обновление кислорода планеты происходит за 5200 – 5800 лет. Вся его масса усваивается животными за 2 тыс. лет, а вся углекислота за 300 – 400 лет.

Таким образом, за время существования биосферы все газы атмосферы, вся вода океанов, все вещества литосферы многократно, хотя и с разной скоростью, прошли через живые организмы и поступили вновь в биосферу в обновленном очищенном виде. Именно поэтому В. И. Вернадский назвал живое вещество «мощной геологической силой» . В. И. Вернадский

Распределение живых организмов в биосфере Живые организмы распределяются на поверхности планеты строго определенным образом, в соответствии со своими требованиями к условиям обитания, и, прежде всего, к климату и другим физическим факторам среды.

Жизнь сводится к непрерывной последовательности роста, самовоспроизведения и синтеза сложных химических соединений. Без переноса энергии, сопровождающего эти процессы, невозможно было бы существование самой жизни.

Понятие о биосфере Экологические сукцессии

Биосфера Это область нашей планеты, в которой существует или когдалибо существовала жизнь. Она постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.

Структура биосферы Живое вещество Биогенное вещество Косное вещество Биокосное вещество Вещество, находящееся в радиоактивном распаде. Рассеянные атомы Вещество космического происхождения

Три взгляда на биосферу 1. Биосфера – это совокупность живых организмов в сферическом пространстве планеты. 2. Биосферой следует называть не только живые существа, но и среду их обитания. 3. В биосферу необходимо включать не только среду обитания, но и результат деятельности организмов, живших ранее на Земле.

Экологическая система Это биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов, среды их обитания, системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.

«Природные ресурсы биосферы» 1. Антропогенное воздействие на недра 2. Природные ресурсы и их классификация 3. Традиционные и альтернативные источники энергии 4. Стратегия управления потреблением природных ресурсов с позиции устойчивого развития

Наше общество целиком покоится на наших воде, земле, лесах и полезных ископаемых. От того, как мы используем ресурсы, зависит наше здоровье, безопасность, экономика и благополучие Дж. Ф. Кеннеди, из послания конгрессу США

Экологические и другие функции недр НЕДРА Источник минерально-сырьевых и энергетических природных ресурсов Места захоронения вредных веществ и отходов производства, сброс сточных вод Это верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых Средства для возведения подземных сооружений Особо охраняемые территории (заповедники, памятники природы – кадастровые пещеры и др. )

Экологические последствия разработки недр Изменение рельефа местности (карьерные выемки, терриконы, отвалы) Активизация опасных геологических процессов (карст, оползни), оседание и сдвиг горных пород ЛИТОСФЕРА Химическое загрязнение почв, механическое нарушение почв Изменение физических полей, особенно в районах вечной мерзлоты ГИДРОСФЕРА Истощение водоносных горизонтов и ухудшение качества подземных и поверхностных вод Снижение расходов малых рек, чрезмерное осушение болот, почв и горных пород Загрязнение атмосферного воздуха выбросами метана, серы, оксидов углерода из горных выработок АТМОСФЕРА Газовыделение и горение отвалов, терриконов, газовые и нефтяные пожары Выбросы пыли при взрывах в карьерах, обогащение пыли рудными элементами ЖИВОТНЫЙ И РАСТИТЕЛЬНЫЙ МИР Вырождение растительности, гибель рыбы из-за ухудшения качества поверхностных вод Нарушение растительного покрова при строительстве карьеров, захоронение травяного покрова под отвалами, терриконами

Природные ресурсы – это часть всей совокупности природных условий существования человечества, важнейшие компоненты окружающей его природной среды, используемые в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества. Средства труда – это главные виды природных ресурсов Солнечная энергия Внутриземное тепло Водные Земельные Минеральные ресурсы Предметы потребления Рекреационные ресурсы Отдых и оздоровление людей Растительные ресурсы Животный мир Питьевая вода

Классификация природных ресурсов Это разделение совокупности предметов, объектов и явлений природной среды на группы по функционально значимым признакам. Типы природных ресурсов По скорости исчерпаемости По общности происхождения и местоположения По заменимости

Классификация природных ресурсов с позиции их исчерпаемости РЕСУРСЫ НЕИСЧЕРПАЕМЫЕ Солнечная энергия Энергия морских приливов и отливов Энергия земных недр Энергия ветра ИСЧЕРПАЕМЫЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ НЕВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ Чистый воздух Ископаемое топливо Растения Металлическое мин. сырье (железо, золото и др. ) Животные Текущая вода Атмосферный воздух ОТНОСИТЕЛЬНО ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ Пресная вода Плодородная почва Неметаллическое минеральное сырье (глина, фосфор, песок)

Типы природных ресурсов По скорости исчерпаемости По общности происхождения и местоположения По заменимости

Пути нарушения деятельностью человека устойчивого уровня эксплуатации ресурсов живой биоты

Экологические функции леса: • средозащитная (сохранение экологического равновесия) • климаторегулирующая • водоохранная и водорегулирующая • почвозащитная • санитарно-гигиеническая • рекреационная Природные ресурсы леса: • древесина • техническое сырье • минеральное сырье • лекарственное сырье • пищевые продукты

Изменение площади лесов за время существования цивилизации

Почвы – ценнейшие природные ресурсы, возникшие под действием света, воздуха, влаги, растительных и животных организмов, деятельности человека на поверхностный слой земной коры.

Опасность опустынивания

Ресурсы Кузнецкого угольного бассейна Кузбасс по запасам и качеству углей крупнейший из всех эксплуатируемых каменноугольных бассейнов, где на сравнительно небольшой территории в 26, 7 тыс. км 2 сконцентрированы мощные угольные залежи с широкой гаммой углей, пригодных для коксования, получения жидкого топлива, сырья для химической промышленности и других целей Общие геологические запасы угля до глубины 1800 м оцениваются в 733, 4 млрд. т, из них 724, 3 млрд. т по мощности пластов и зольности угля отвечают параметрам, принятым кондициями для месторождений, вовлекаемых в промышленное освоение. Большим достоинством кузнецких углей является разнообразный марочный состав. Наиболее ценными углями являются коксующиеся - основной вид технологического топлива для выплавки чугуна.

Балансовые запасы угля Кузбасса категории А+В+С 1 оцениваются в 57, 2 млрд. т, что составляет 28, 5 % общих запасов и 58, 8 % запасов каменных углей России. При этом запасы коксующихся углей составляют 30, 1 млрд. т, или 73 % всех запасов страны. N N 14 Наименование ГЭР Прокопьевско-Киселёвский Углеплотнос ть, тыс. т/ км 2 11724 13 Бачатский 10624 24 Мрасский 6113 23 Кондомский 5404 Ерунаковский 4911 25 Томь-Усинский 4475 10 Ленинский 4413 22 11 Бунгуро-Чумышский Беловский 2472 2387 20 Осиновский 2252 19 2 1 Байдаевский Кемеровский Анжерский 2057 1144 1054 17 7 Терсинский Плотниковский 917 763 18 Араличевский 272 15 3 9 6 Ускатский Барзасский Крапивинский Титовский 119 81 51 2 16

Основное количество разведанных запасов коксующихся углей категорий А+В+С 1 сосредоточено в Ленинском (5397, 4 млн. т), Томь -Усинском (4998, 9 млн. т), Ерунаковском (3594, 0 млн. т), Прокопьевско-Киселевском (2658, 4 млн. т), Кемеровском (2496, 7 млн. т), Терсинском (1490, 2 млн. т), Осиновском (1306, 1 млн. т), Байдаевском (1046, 7 млн. т), Беловском (1098, 9 млн. т) районах.

По запасам угля, пригодным для отработки открытым способом, Кузнецкий бассейн занимает второе место в России после Канско. Ачинского бассейна, а по степени их освоения промышленностью - первое. Балансовые запасы угля для открытых работ по категориям А+В+С 1 составляют 10388, 8 млн. т или 19, 8 % от запасов этих категорий по бассейну, по категории С 2 - 7506, 0 млн. т или 47, 2 %. Пригодные для отработки открытым способом запасы угля сосредоточены в десяти районах: Кемеровском, Ленинском, Бачатском, Прокопьевско-Киселевском, Бунгуро-Чумышском, Кондомском, Томь- Усинском, Ерунаковском, Терсинском, Мрасском. Из них основное количество запасов категорий А+В+С 1 9582, 7 млн. т (92, 2%) находится в шести районах: Ерунаковском – 38. 0 % (3951, 3 млн. т), Ленинском – 17, 2% (1787, 4 млн. т), Мрасском – 12, 6% (1310. 2 млн. т), Томь-Усинском – 11, 9% (123, 6), Бачатском – 6, 4 % (668. 1 млн. т), Прокопьевско-Киселевском – 6, 1% (631, 1 млн. т).

ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ Горючие (топливноэнеретические) Уголь, нефть, природный газ, горючие сланцы, торф Металлические (рудные) Руды черных, благородных, цветных металлов Неметаллические (нерудные) Стройматериалы, каменная соль, смолы, фосфориты

Природно-ресурсный потенциал России В расчете на душу населения превосходит потенциал США – в 3 раза Германии – в 6 раз Японии – в 18 -20 раз Стоимость ресурсов РФ составляет 26 -27 трлн. $ США, а её национальное богатство оценивается 63, 3 трлн. $ США.

По экономическому показателю Полезные ископаемые балансовые забалансовые

Категории полезных ископаемых по геологической изученности А запасы, разведанные и изученные с предельной детальностью, точными границами залегания, и которые могут быть переданы в эксплуатацию В запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей выявление основных условий залегания, без точного отображения пространственного положения месторождения С 1 запасы, имеющие сложное геологическое строение и слабо разведанные на новой площади С 2 запасы, разведанные, изученные и оцененные предварительно по единичным пробам и образцам

Причины истощения природных ресурсов • численность населения • среднедушевое потребление • загрязнение и деградация окружающей среды • эффективность использования ресурсов

Традиционная энергетика Крупные ГЭС Двигатели внутреннего сгорания Получение синтетического топлива ТЭС угольные, нефтяные газовые, торфяные АЭС и ядерные станции Теплоустановки

Преимущества использования нефти Дешевый вид топлива Легко транспортировать Высокий выход чистой энергии Многофункциональное топливо Недостатки использования нефти Загрязнение атмосферы Загрязнение гидросферы Загрязнение почвы Углекислый газ Оксид азота Оксида серы Нефтяные пятна

Разведанные мировые запасы природного газа Россия – 40% Иран – 14% США – 6% Природный газ преимущества • • Выделяет большое количества тепла Почти не образует диоксид серы Выделяет в 6 раз меньше на единицу энергии диоксидов азота Практически не образует твердых частиц недостатки Дорогостоящая и опасная транспортировка

Схема воздействий на окружающую среду ТЭС, работающей на угле

Эволюция мировой энергетики: виды используемой энергии, %

Схема воздействий на окружающую среду АЭС

Недостатки ядерной энергии • Велики затраты на строительство и эксплуатацию АЭС • АЭС используется только для производства электроэнергии • Выход чистой полезной энергии низок • Не разработаны методы надежного хранения высокорадиоактивных отходов • Можно использовать научно-техническую информацию атомной энергии для изготовления атомного оружия • Есть вероятность крупномасштабных аварий Оппозиция к атомной энергетике возросла с 30% в 1970 году до 60% в 1989.

Будет картинка «Чернобыль»

Альтернативная энергетика БИОЭНЕРГЕТИКА Производство биомассы Биосинтез водорода Жидкое биотопливо Биогаз Мусоросжигающие установки Древесные таблетки КОСМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГЕТИКА ВТОРИЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА (Использующая сбросное тепло) АЛТЬТЕРНИТИВНАЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИК «Малые» ГЭС Волновые электростанции Приливнвые электростанции Станции, использующие энергию морских течений СМЕШАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИИ Традиционноальтернативные (атомноводородные и другие) Альтернативноальтернатвные (солнечноводородные и др. ) ЭНЕРГЕТИКА, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР Высокоградиентые установки геотерминальной энергии морского и сухого типа Низкотемпературная энергетика, использующая разность температур глубин и поверхности моря, тепловые насосы ГЕЛИОЭНЕРГЕТИКА Гелиоконденсаторы Солнечные батареи ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА

Доля гидроэнергетики в общем производстве электричества Норвегия 74% Швейцария 67% Австрия 67% Канада 67% Африка 5% Азия 9% Латинская Америка 8% На долю ГЭС приходится 6% всей мировой энергетики

Недостатки ГЭС • Высокая стоимость их сооружения • В развитых странах осталось немного возможностей для гидростроительства Преимущества ГЭС • Низкая стоимость эксплуатации • Высокий выход чистой энергии • Отсутствуют выбросы СО 2 • Сроки эксплуатации в десятки раз превышают сроки эксплуатации ТЭС и АЭС • Плотины позволяют контролировать паводки • и регулировать количество воды • Развивающиеся страны имеют потенциальные ресурсы для их строительства

Преимущества и недостатки ПЭС • прилив «бесплатен» • стоимость эксплуатации не велика • выход чистой энергии высок • атмосфера не загрязняется СО 2 и оксидами • не нарушается почвенный покров • ограничено количество мест для строительства • стоимость высока • мощность колеблется в течение суток Природные возможности для ПЭС у России больше, чем у других стран: Охотское моря Северного Ледовитого океана

Преимущества и недостатки ВЭС • ветер не ограниченный источник • высокий выход чистой энергии • экологически чистая энергия • не требуется вода для охлаждения • необходимо резервное электричество • высокий уровень шума • мешаю миграции перелетных птиц • нарушают красоту ландшафта Ветровая энергия в будущем будет экономически выгоднее вырабатываемой ТЭС и АЭС

Энергетическое использование биомассы

Пути энергоэффективности Экономия энергии Рециркуляция тепла Повышения КПД электроприборов Лидеры перестройки энергетики – Япония и Швеция

Направления управления потреблением природных ресурсов Сдерживание роста населения Достижение уровня и темпов экономического развития по возможности за счет возобновляемых природных ресурсов Пересмотр экономических решений, которые прямо или косвенно приводят к сведению лесов, опустыниванию, пагубным воздействиям на природу и атмосферу Исключение расточительного использования природных ресурсов Изменение политики в отношении сельского хозяйства Принятие закона о безопасности пищевых продуктов Стимулировать рынок лесной продукции таким образом, чтобы потребности рынка в ней сократить путем замены строительного материала и сберечь лесные, особенно тропические, ресурсы Экономические и экологические системы должны стать взаимосвязаны и принимать только экологически сбалансированный бюджет

Вывод: Чем выше уровень использования извлеченных природных ресурсов, тем ниже уровень загрязнения окружающей природной среды

КОММОНЕР И ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ

Барри Коммонер Замечательный американский эколог Коммонер является автором ряда книг и известным социальным и политическим активистом. Коммонер родился в 1917 году. Он учился в Гарвардском университете и получил степень доктора в области биологии в 1941 году. Основной темы своей работы, Коммонер как биолог, избрал — проблему разрушение озонового слоя.

Законы экологии Барри Коммонер 1. Все связано со всем 2. Все должно куда-то деваться 3. Природа «знает» лучше 4. Ничто не дается даром «за все нужно платить»

Первый закон Все связано со всем Этот закон является узловым положением в природопользовании и свидетельствует, что даже небольшие изменения человеком в одной экосистеме могут привести к большим отрицательным последствиям в других экосистемах. Первый закон называется также законом внутреннего динамического равновесия.

Второй закон Все должно куда-то деваться Второй закон базируется на результатах возникновения и развития жизни на земле, на естественном отборе в процессе эволюции жизни. Он связан с биотическим (биологическим) круговоротом: продуценты – консументы – редуценты.

Третий закон Природа «знает» лучше В третьем законе Коммонер говорит о том, что, пока нет абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, незнакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Он призывает к предельной осторожности. Преобразование природы пагубно экономически и опасно экологически. В конечном итоге могут быть созданы условия, не пригодные для жизнедеятельности.

Четвёртый закон Ничто не дается даром «за все нужно платить» глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать: он может быть только отсрочен